豆科植物種子干粉拌種處理對伽師瓜種子發(fā)芽及植株生長的影響

麥麥提艾則孜·穆合塔爾，趙曉夢，王 東

(喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院/新疆帕米爾高原生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆喀什 844000)

0 引 言

【研究意義】伽師瓜(Cucumismelo)主要種植于新疆南疆喀什地區(qū)伽師縣[1,2]。肥料直接影響到農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[3, 4]。綠肥開發(fā)以及廣泛施用對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[5,6]。綠肥可分為豆科綠肥和非豆科綠肥兩種，其中豆科綠肥主要包括三葉草、苜蓿、苦豆子和豌豆等，豆科綠肥不僅能促進(jìn)生物固氮作用還能供應(yīng)土壤養(yǎng)分，通過改善土壤理化性質(zhì)提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量[7]。研究通過比較在室外盆栽條件下三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等6種豆科植物種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽及植株生長的影響，篩選出對伽師瓜種子發(fā)芽抑制作用較小，且對伽師瓜植株生長具有較好促進(jìn)作用的豆科植物，對豆科綠肥開發(fā)有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】潘婕[8]研究表明，紅三葉草(品種為巴東)莖葉和根蒸餾水浸提液4個不同濃度處理中，10%莖葉和根浸提液對多花黑麥草種子發(fā)芽有促進(jìn)作用，而15%莖葉和根浸提液有抑制作用。周立業(yè)等[9]研究表明，紫花苜蓿根和莖葉蒸餾水浸提液對少花蒺藜草種子萌發(fā)有抑制作用，隨著浸提液濃度增高抑制作用增強(qiáng)。王康英等[10]研究表明，紫花苜蓿根莖和葉片蒸餾水浸提液對黑麥草種子萌發(fā)具有抑制作用，并且根莖和葉片蒸餾水浸提液對黑麥草幼苗的干重和根長的生長也有顯著抑制作用。郭小強(qiáng)[11]研究表明，苦豆子種子蒸餾水浸提液對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的效應(yīng)，浸提液濃度為0.05 g/mL時促進(jìn)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長，浸提液濃度為0.5 g/mL時對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的抑制作用最強(qiáng)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前有關(guān)整株苦豆子對伽師瓜植株生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響有少量研究報道[12-14]，但有關(guān)三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等豆科植物種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽及植株生長的影響尚未見報道。苦豆子不同器官浸提液和干粉對伽師瓜種子萌發(fā)及幼苗和植株生長會產(chǎn)生不同的影響。與葉片、莖稈、豆莢干粉相比，苦豆子種子干粉對伽師瓜植株高度、粗度、葉片總面積、干物質(zhì)積累量(干重)以及葉綠素含量等指標(biāo)的促進(jìn)作用最強(qiáng)。需研究苦豆子種子中含有的能促進(jìn)伽師瓜生長的特殊活性成分?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以伽師瓜為供試作物，選取5種豆科植物種子(三葉草、苜蓿、豌豆、豇豆和綠豆)與苦豆子種子進(jìn)行比較，研究苦豆子種子干粉與三葉草、苜蓿、豌豆、豇豆和綠豆等5種豆科植物種子干粉對伽師瓜種子萌發(fā)及植株生長影響的差異性，為開發(fā)苦豆子綠肥以及開發(fā)利用苦豆子植物資源奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2019和2020年在喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院“新疆帕米爾高原生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”完成。

供試伽師瓜種子(常規(guī)種)購自國家瓜類工程技術(shù)研究中心新疆西域種業(yè)股份有限公司，三葉草種子(包衣紅)、豌豆種子(青豌豆)、苜蓿種子(紫花苜蓿)、豇豆種子(長豇豆)、綠豆種子(普通綠豆)于“新疆帕米爾高原生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”保存?？喽棺臃N子采自喀什市野生苦豆子植株。盆栽伽師瓜所用營養(yǎng)土購自廣州綠源園藝植材植料場。

高速萬能粉碎機(jī)(FW-80，北京市永明醫(yī)療儀器有限公司)，電子天平(LE2002E，梅特勒-托利多儀器有限公司)，紫外分光光度計(jì)(T6 新世紀(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任有限公司)，上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司)，游標(biāo)卡尺(JS20-300)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9240A，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將苦豆子、三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆種子放在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱70℃條件下干燥24 h，之后用高速萬能粉碎機(jī)將種子徹底粉碎，制成種子干粉備用。

選取大小一致(高度15 cm×內(nèi)口徑11 cm×底徑9 cm)和顏色相同的花盆25個備用。試驗(yàn)共設(shè)置7個處理，分別為三葉草種子干粉(T1)、豌豆種子干粉(T2)、苜蓿種子干粉(T3)、豇豆種子干粉(T4)、綠豆種子干粉(T5)、苦豆子種子干粉(T6)和對照處理(CK)，每個處理設(shè)置5個重復(fù)。使用電子天平準(zhǔn)確稱量營養(yǎng)土和干粉，向25個花盆中分別裝入128 g 干燥的營養(yǎng)土，每個處理包括5個花盆，分別向每個處理的每個花盆中裝入10 g相應(yīng)的干粉，混合均勻后加入50 mL清水并攪拌均勻，每盆播種8粒籽粒飽滿、大小一致的伽師瓜種子，播種深度為1.5 cm，在營養(yǎng)土中直接播種作為對照處理，對照處理的其他方面與干粉處理保持完全一致。播種后每盆澆清水250 mL，置于室外自然光照條件下培養(yǎng)，每天記錄種子發(fā)芽情況直至種子不再發(fā)芽為止。種子發(fā)芽之后，每天記錄生長情況。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 伽師瓜種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的測定

綠芽出土作為種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。每天在固定時間點(diǎn)觀察記錄種子發(fā)芽情況，8 d以后按以下公式[15]計(jì)算種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢以及發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)。萌發(fā)率 =(7 d內(nèi)萌發(fā)的所有種子數(shù)/供試總種子數(shù))× 100%；發(fā)芽勢 =(前4 d萌發(fā)的所有種子數(shù)/供試總種子數(shù))× 100%；發(fā)芽指數(shù) = ∑Gt/Dt(Gt表示t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt表示相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))。

1.2.2.2 伽師瓜植株高度測量

每盆中選留4株生長一致的健康伽師瓜幼苗作為試驗(yàn)用苗，其余幼苗拔除。定苗之后每6 d使用游標(biāo)卡尺測量一次植株高度。試驗(yàn)中測定的植株高度指植株莖基部到植株頂端生長點(diǎn)的長度。測量每株伽師瓜植株的高度，分別計(jì)算每個處理的伽師瓜植株的平均高度，共測定5次植株的平均高度。植株高度的凈增長量=后1次測量的植株平均高度-前1次測量的植株平均高度。

1.2.2.3 伽師瓜植株粗度測量

定苗之后每6 d使用游標(biāo)卡尺測量一次植株粗度。測定的植株粗度指幼苗子葉下方2 cm處的莖粗。測量每株伽師瓜植株的粗度，分別計(jì)算出每個處理的伽師瓜植株的平均粗度，共測定5次植株的平均粗度。莖粗凈增長量=后一次測定的主莖直徑-前一次測定的主莖直徑。

1.2.2.4 伽師瓜植株葉片面積的測量

定苗之后每6 d測量一次植株葉片面積。采用文獻(xiàn)報道的透明方格法[14]測量葉片面積。測量每株伽師瓜植株上所有葉片的總面積，分別計(jì)算出每個處理的每株伽師瓜葉片總面積的平均值，共測量5次葉片總面積的平均值。葉片總面積增量=后一次葉片總面積-前一次葉片總面積。

1.2.2.5 伽師瓜植株干物質(zhì)積累量(干重)的測量

將每盆中的伽師瓜植株根部連同土壤一起倒入清水中，通過多次漂洗，將每株伽師瓜的根部清洗干凈，然后使用干凈的刀片切割植株的莖基部，將伽師瓜植株的地上部分和地下部分分開。用干凈濾紙將水分吸干后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱徹底烘干至恒重為止，使用電子天平分別稱量地上部分和地下部分的干物質(zhì)積累量，將地上部分和地下部分的干物質(zhì)積累量相加獲得植株總干重。

1.2.2.6 伽師瓜植株葉片葉綠素含量

在同一時間針對每個處理的5個重復(fù)，從每盆的4株伽師瓜中任選一株取0.5 g生長點(diǎn)下第2片完全展開的真葉，采用Arnon乙醇提取法[16]測定葉綠素含量。在分別獲得每個處理每盆伽師瓜植株葉綠素含量的基礎(chǔ)上，計(jì)算每個處理的平均葉綠素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel和SPSS 25.0對測定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來表示。利用OriginPro 2018軟件對測定數(shù)據(jù)繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆科植物種子干粉拌種處理對伽師瓜種子發(fā)芽的影響

研究表明，對照組伽師瓜種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均大于處理組，因此不同豆科種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽均具有抑制作用。所有處理組的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均顯著低于對照組(P<0.05)。除T5與對照組無顯著差異外，其他處理組的發(fā)芽勢均顯著低于對照組(P<0.05)。與其他處理組相比，T1萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最小，三葉草種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽的抑制性最強(qiáng)，而T5萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均大于其他處理組，綠豆種子干粉對伽師瓜種子萌發(fā)的抑制性最弱。表1

表1 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜種子發(fā)芽變化

2.2 豆科植物種子干粉拌種處理對伽師瓜植株生長的影響

2.2.1 對伽師瓜植株高度的影響

研究表明，豆科植物種子干粉對伽師瓜植株均具有增高作用，不同豆科植物種子干粉增高作用存在一定的差異性。第1次測量時，所有處理組與對照組植株高度均無顯著差異。第2次測量時，T2、T3、T4、T5和T6與對照組植株高度均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。從第2次測量到第5次測量，T6處理對伽師瓜植株的增高作用明顯高于T1、T2、T3、T4和T5處理，且T1處理的增高作用明顯小于其他處理。T6處理植株高度凈增量從第1次測量開始一直顯著大于對照組(P<0.05)。與其他豆科植物種子干粉相比，苦豆子種子干粉對伽師瓜植株具有較強(qiáng)的增高作用。表2，圖1，圖2

圖2 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株形態(tài)變化

表2 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株高度凈增長量變化

圖1 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株高度變化

2.2.2 對伽師瓜植株粗度的影響

研究表明，豆科植物種子干粉對伽師瓜植株均具有增粗作用，不同豆科植物種子干粉增粗作用存在一定的差異性。第1次測量，處理組T1、T3、T5和T6與對照組達(dá)到了顯著差異(P<0.05)，而處理組T2和T4與對照組無顯著差異(P>0.05)。第2次測量所有處理組與對照組均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。與其他處理相比，T6處理對伽師瓜植株具有更大的增粗作用。苦豆子種子干粉對伽師瓜植株具有較強(qiáng)的增粗作用。表3，圖3

圖3 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株粗度變化

表3 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株粗度凈增量變化

2.2.3 對伽師瓜植株葉片總面積的影響

研究表明，豆科植物種子干粉對伽師瓜植株葉片面積均具有增大作用，不同豆科植物種子干粉增大作用存在一定的差異性。第1次測量除了T6之外，其他處理組與對照組均無顯著差異。第2次測量除了T1外，其他處理組與對照組均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。從第3次測量所有處理組與對照組均達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。測量數(shù)據(jù)顯示，與其他處理相比，T6處理對伽師瓜植株葉片面積具有更強(qiáng)的增大作用。苦豆子種子干粉對伽師瓜植株葉片面積具有較強(qiáng)的增大作用。表4，圖4

表4 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株葉片總面積增量變化

圖4 豆科植物種子干粉拌種處理下伽師瓜植株葉片總面積變化

2.2.4 對伽師瓜植株干物質(zhì)積累量(干重)影響

研究表明，不同豆科植物種子干粉對伽師瓜植株地上部分干重、地下部分干重和總干重均具有增大作用。所有處理組對伽師瓜植株干重的增大作用顯著高于對照組(P<0.05)。T6處理對伽師瓜植株干重增大作用又顯著高于其他處理(P<0.05)?？喽棺臃N子干粉對伽師瓜植株干物質(zhì)積累量(干重)具有更強(qiáng)增大作用。表5，圖5

表5 豆科種子干粉拌種處理下伽師瓜植株干物質(zhì)積累量(干重)變化

圖5 豆科種子干粉拌種處理下伽師瓜植株根部變化

2.2.5 對伽師瓜植株葉片葉綠素含量的影響

研究表明，不同豆科植物種子干粉對伽師瓜植株葉片葉綠素含量均具有增大作用。所有處理組伽師瓜植株葉片葉綠素含量均顯著高于對照組(P<0.05)。與其他處理相比，T6處理對伽師瓜植株葉片葉綠素含量具有更強(qiáng)的增大作用。苦豆子種子干粉對伽師瓜植株葉片葉綠素含量的增大作用更強(qiáng)。表6

表6 豆科種子干粉拌種處理下伽師瓜植株葉片葉綠素含量變化

3 討 論

豆科植物作為綠肥施用不但具有供應(yīng)土壤養(yǎng)分和生物固氮作用，而且還能減少農(nóng)田化學(xué)肥料的施用量[17]。雖然有關(guān)苜蓿[18]、綠豆[19]和苦豆子全株[20]對小麥生長以及苦豆子綠肥對伽師瓜生長和產(chǎn)量的影響[21]有一些研究報道，但有關(guān)豆科植物種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽是否會產(chǎn)生影響，三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等豆科植物種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽和植株生長產(chǎn)生的影響是否相同，以及上述幾種豆科植物種子干粉能否作為伽師瓜田底肥等問題尚未闡明。

有關(guān)豆科植株種子干粉能否影響伽師瓜種子發(fā)芽以及植株生長尚無研究報道。張來等[22]研究表明，三葉草莖葉蒸餾水浸提液對紫花地丁、紅蘿卜和白菜種子萌發(fā)均有抑制作用，且隨著浸提液濃度的增加其抑制作用增強(qiáng)。翟德蘋等[23]研究表明，紫花苜蓿根和莖葉蒸餾水浸提液對中間錦雞兒種子萌發(fā)均有抑制作用，在相同濃度下根部浸提液的抑制作用大于莖葉浸提液。何文革等[24]研究表明，苦豆子整株蒸餾水自然發(fā)酵液對西瓜、黃瓜、甜瓜和西葫蘆種子萌發(fā)均有抑制作用，在相同濃度下的發(fā)酵液對西瓜和甜瓜的抑制作用強(qiáng)于黃瓜和西葫蘆種子。研究表明，三葉草、苜蓿和苦豆子浸提液對植物種子萌發(fā)普遍具有抑制作用，這與研究的結(jié)果是一致的。研究結(jié)果表明，三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等豆科植株種子干粉蒸餾水浸提液對伽師瓜種子發(fā)芽均具有抑制作用，可能與種子中所含的化感物質(zhì)有關(guān)?；形镔|(zhì)可通過揮發(fā)、分泌和淋溶、腐爛分解等途徑釋放，這些化感物質(zhì)可影響周圍環(huán)境中其他植物種子的萌發(fā)，并延遲種子萌發(fā)時間[25,26]。研究中三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽的抑制作用不同，這與不同豆科植物種子中所含的化感物質(zhì)成分及含量有關(guān)[27,28]。這些豆科植物種子中所含有的能抑制伽師瓜種子發(fā)芽的化感物質(zhì)的種類以及作用機(jī)制等尚需進(jìn)一步深入研究。

研究表明，雖然三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽均具有抑制作用，而這些豆科植物種子干粉對伽師瓜植株的生長均具有促進(jìn)作用，其中苦豆子種子干粉的促進(jìn)作用最強(qiáng)。劉威等[29]研究表明，白三葉草整株蒸餾水浸提液對黑麥草和高羊茅幼苗高度和鮮重均表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制的作用。何廣禮[30]研究表明，紫花苜蓿地上部分鮮草漿汁液對小黑麥幼苗生長具有低濃度促進(jìn)高濃度抑制的作用。研究中，苦豆子種子干粉對伽師瓜植株生長的促進(jìn)作用最強(qiáng)，這與苦豆子種子中的高含量生物堿有關(guān)[31,32]，苦豆子生物堿對植物生長具有促進(jìn)作用[33]。新疆南疆苦豆子種子所含的生物堿中，哪些種類的生物堿對伽師瓜生長具有促進(jìn)作用以及苦豆子生物堿促進(jìn)伽師瓜生長的機(jī)制等問題尚未闡明，將逐步進(jìn)一步研究探明。

4 結(jié) 論

4.1三葉草、豌豆、苜蓿、豇豆、綠豆和苦豆子等6種豆科植物種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽均具有抑制作用。與其他處理組相比，三葉草種子干粉處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最小，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別為(65.0±0.105)、(62.5±0.088)和(1.188±0.173)，三葉草種子干粉對伽師瓜種子發(fā)芽的抑制性最強(qiáng)。綠豆種子干粉處理的萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均大于其他處理組，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別為(82.5±0.068)、(80.0±0.112)和(1.425±0.176)，這表明綠豆種子干粉對伽師瓜種子萌發(fā)的抑制性最弱。供試的6種豆科植物種子干粉對伽師瓜植株高度、葉片面積、干重以及葉綠素含量均具有促進(jìn)作用，不同豆科植物種子干粉的促進(jìn)作用存在一定的差異性?？喽棺臃N子干粉處理的伽師瓜植株高度、植株粗度和葉片總面積第5次測量的凈增長量分別為(160.313±22.129)、(0.373±0.107)和(160.313±22.129)。

4.2苦豆子種子干粉處理的伽師瓜植株總干重和葉片葉綠素含量分別為(4.220±0.157)和(0.445±0.018)?？喽棺臃N子干粉對伽師瓜植株的促進(jìn)作用高于其他豆科植物種子。在開發(fā)伽師瓜綠肥時，苦豆子種子可以作為優(yōu)先選擇對象。